Transmisyjna mikroskopia elektronowa o wysokiej rozdzielczo?ci (HRTEM lub HREM) to kontrast fazowy (kontrast obrazów z mikroskopu elektronowego o wysokiej rozdzielczo?ci jest tworzony przez ró?nic? faz mi?dzy zsyntetyzowan? fal? rzutowan? a fal? ugi?t?. Nazywa si? to kontrastem fazowym). daje uporz?dkowanie atomowe wi?kszo?ci materia?ów krystalicznych.

Transmisyjna mikroskopia elektronowa o wysokiej rozdzielczo?ci rozpocz??a si? w latach 50. XX wieku. W 1956 r. JWMenter bezpo?rednio obserwowa? równoleg?e paski ftalocyjaniny miedzi 12 ? z rozdzielczo?ci? transmisyjnego mikroskopu elektronowego 8 ? i otworzy? mikroskop elektronowy o wysokiej rozdzielczo?ci. Drzwi do operacji. We wczesnych latach 70., w 1971, Iijima Chengman u?y? TEM o rozdzielczo?ci 3,5 ? do uchwycenia obrazu kontrastu fazowego Ti2Nb10O29 i bezpo?rednio obserwowa? rzut grupy atomowej wzd?u? padaj?cej wi?zki elektronów. Równocze?nie poczyniono równie? istotne post?py w badaniach nad teori? obrazowania obrazów o wysokiej rozdzielczo?ci i technologi? analizy. W latach 70. i 80. technologia mikroskopu elektronowego by?a stale ulepszana, a rozdzielczo?? znacznie poprawiana. Ogólnie rzecz bior?c, du?y TEM by? w stanie zagwarantowa? rozdzielczo?? kryszta?u 1,44 ? i rozdzielczo?? punktu od 2 do 3 ?. HRTEM mo?e nie tylko obserwowa? obraz pr??ków sieciowych odzwierciedlaj?cy odst?py mi?dzyp?aszczyznowe, ale tak?e obserwowa? obraz strukturalny rozmieszczenia atomów lub grup w strukturze krystalicznej reakcji. Niedawno zespó? profesora Davida A. Mullera z Cornell University w Stanach Zjednoczonych wykorzysta? technologi? obrazowania laminowanego i niezale?nie opracowany detektor z matryc? pikseli w mikroskopie elektronowym, aby osi?gn?? rozdzielczo?? przestrzenn? 0,39 ? w warunkach obrazowania o niskiej energii wi?zki elektronów.

Obecnie transmisyjne mikroskopy elektronowe s? ogólnie zdolne do wykonywania HRTEM. Te transmisyjne mikroskopy elektronowe dziel? si? na dwa typy: wysokiej rozdzielczo?ci i analityczne. TEM o wysokiej rozdzielczo?ci jest wyposa?ony w nabiegunnik obiektywu o wysokiej rozdzielczo?ci i kombinacj? membrany, co sprawia, ?e k?t nachylenia sto?u próbki jest ma?y, co skutkuje mniejszym wspó?czynnikiem aberracji sferycznej obiektywu; podczas gdy analityczny TEM wymaga wi?kszej ilo?ci do ró?nych analiz. K?t nachylenia sto?u próbnego, dzi?ki czemu nabiegunnik obiektywu jest u?ywany inaczej ni? typ o wysokiej rozdzielczo?ci, co wp?ywa na rozdzielczo??. Ogólnie rzecz bior?c, TEM o wysokiej rozdzielczo?ci 200 kev ma rozdzielczo?? 1,9 ?, podczas gdy analityczny TEM 200 kev ma rozdzielczo?? 2,3 ?. Ale to nie ma wp?ywu na analityczny TEM rejestruj?cy obraz w wysokiej rozdzielczo?ci.

Jak pokazano na rys. 1, schemat drogi optycznej procesu obrazowania za pomoc? mikroskopii elektronowej o wysokiej rozdzielczo?ci, gdy wi?zka elektronów o okre?lonej d?ugo?ci fali (λ) pada na kryszta? o odleg?o?ci p?aszczyzny kryszta?u d, warunek Bragga (2dsin θ = λ) jest spe?niony, fala ugi?ta jest generowana pod k?tem (2θ). Ta ugi?ta fala zbiega si? na tylnej p?aszczy?nie ogniskowej soczewki obiektywu, tworz?c plamk? dyfrakcyjn? (w mikroskopie elektronowym regularna plamka dyfrakcyjna utworzona na tylnej p?aszczy?nie ogniskowej jest rzutowana na ekran luminoforowy, który jest tak zwanym wzorem dyfrakcji elektronów ). Gdy ugi?ta fala na tylnej p?aszczy?nie ogniskowej nadal porusza si? do przodu, fala ugi?ta jest syntetyzowana, na p?aszczy?nie obrazu powstaje powi?kszony obraz (obraz mikroskopu elektronowego), a na tylnej ogniskowej mo?na umie?ci? dwa lub wi?cej du?ych ograniczników soczewki obiektywu samolot. Obrazowanie interferencyjne fal, zwane mikroskopi? elektronow? o wysokiej rozdzielczo?ci, jest nazywane mikroskopowym obrazem elektronowym o wysokiej rozdzielczo?ci (obraz mikroskopowy o wysokiej rozdzielczo?ci).

Jak wspomniano powy?ej, obraz mikroskopu elektronowego o wysokiej rozdzielczo?ci jest obrazem mikroskopowym z kontrastem fazowym utworzonym przez przepuszczenie przechodz?cej wi?zki p?aszczyzny ogniskowej soczewki obiektywu i kilku ugi?tych wi?zek przez ?renic? obiektywu, ze wzgl?du na ich spójno?? fazow?. Ze wzgl?du na ró?nic? w liczbie ugi?tych wi?zek uczestnicz?cych w obrazowaniu uzyskuje si? obrazy o wysokiej rozdzielczo?ci o ró?nych nazwach. Ze wzgl?du na ró?ne warunki dyfrakcji i grubo?? próbki, mikrofotografie elektronowe o wysokiej rozdzielczo?ci z ró?nymi informacjami strukturalnymi mo?na podzieli? na pi?? kategorii: pr??ki sieci, jednowymiarowe obrazy strukturalne, dwuwymiarowe obrazy sieci (obrazy pojedynczych komórek), dwuwymiarowe obraz struktury (obraz w skali atomowej: obraz struktury krystalicznej), obraz specjalny.

Pr??ki kratowe: Je?li wi?zka transmisyjna na tylnej p?aszczy?nie ogniskowej jest wybrana przez soczewk? obiektywu, a wi?zka dyfrakcyjna interferuje ze sob?, uzyskuje si? jednowymiarowy wzór pr??ków z okresow? zmian? intensywno?ci (jak pokazano za pomoc? czarnego trójk?ta na Rys. 2 (f)) Jest to ró?nica mi?dzy pr??kiem sieciowym a obrazem sieciowym a obrazem strukturalnym, który nie wymaga, aby wi?zka elektronów by?a dok?adnie równoleg?a do p?aszczyzny sieciowej. W rzeczywisto?ci, podczas obserwacji krystalitów, osadów i tym podobnych, pr??ki sieci s? cz?sto uzyskiwane przez interferencj? mi?dzy fal? projekcyjn? a fal? dyfrakcyjn?. Je?li sfotografowany zostanie wzór dyfrakcji elektronów substancji takiej jak krystality, pojawi si? pier?cień kultu, jak pokazano na (a) na ryc. 2.

Jednowymiarowy obraz struktury: Je?li próbka ma pewne nachylenie, tak ?e wi?zka elektronów pada równolegle do pewnej p?aszczyzny kryszta?u kryszta?u, mo?e spe?ni? jednowymiarowy wzór dyfrakcji dyfrakcji pokazany na ryc. 2 (b) ( rozk?ad symetryczny wzgl?dem plamki transmisyjnej) Wzorzec dyfrakcyjny). W tym wzorze dyfrakcyjnym obraz o wysokiej rozdzielczo?ci wykonany w warunkach optymalnej ostro?ci ró?ni si? od obrze?a sieci, a obraz struktury jednowymiarowej zawiera informacje o strukturze krystalicznej, to znaczy uzyskany obraz struktury jednowymiarowej, jak pokazano na ryc. 3 (a Pokazano jednowymiarowy obraz strukturalny o wysokiej rozdzielczo?ci nadprzewodz?cego tlenku na bazie Bi.

Dwuwymiarowy obraz sieciowy: Je?li wi?zka elektronów pada równolegle do pewnej osi kryszta?u, mo?na uzyska? dwuwymiarowy obraz dyfrakcyjny (dwuwymiarowy rozk?ad symetryczny wzgl?dem centralnego punktu transmisji, pokazany na ryc. 2(c) ). Dla takiego wzoru dyfrakcji elektronów. W pobli?u miejsca transmisji pojawia si? fala dyfrakcyjna odbijaj?ca komórk? elementarn? kryszta?u. Na dwuwymiarowym obrazie generowanym przez interferencj? mi?dzy fal? ugi?t? a fal? przepuszczan? mo?na zaobserwowa? dwuwymiarowy obraz sieciowy przedstawiaj?cy komórk? elementarn?, a ten obraz zawiera informacje na skali komórki elementarnej. Jednak informacja, która nie zawiera skali atomowej (w uk?adzie atomowym), czyli dwuwymiarowy obraz sieciowy, jest dwuwymiarowym obrazem sieciowym monokrystalicznego krzemu, jak pokazano na ryc. 3(d).

Dwuwymiarowy obraz struktury: uzyskano obraz dyfrakcyjny pokazany na rys. 2(d). Gdy obraz z mikroskopu elektronowego o wysokiej rozdzielczo?ci jest obserwowany z takim wzorem dyfrakcyjnym, im wi?cej fal dyfrakcyjnych jest zaanga?owanych w obrazowanie, tym wi?cej informacji zawartych w obrazie o wysokiej rozdzielczo?ci. Dwuwymiarowy obraz struktury nadprzewodz?cego tlenku Tl2Ba2CuO6 w wysokiej rozdzielczo?ci pokazano na rys. 3(e). Jednak dyfrakcja strony o du?ej d?ugo?ci fali z wy?sz? granic? rozdzielczo?ci mikroskopu elektronowego prawdopodobnie nie b?dzie uczestniczy? w obrazowaniu prawid?owej informacji o strukturze i stanie si? t?em. Dlatego w zakresie dozwolonym przez uchwa??. Dzi?ki obrazowaniu za pomoc? jak najwi?kszej liczby fal dyfrakcyjnych mo?liwe jest uzyskanie obrazu zawieraj?cego prawid?owe informacje o rozmieszczeniu atomów w komórce elementarnej. Obraz struktury mo?na zaobserwowa? tylko w cienkim obszarze wzbudzonym proporcjonaln? zale?no?ci? mi?dzy fal? uczestnicz?c? w obrazowaniu a grubo?ci? próbki.

Obraz specjalny: Na wzorze dyfrakcyjnym tylnej p?aszczyzny ogniskowej, wprowadzenie apertury wybiera tylko obrazowanie okre?lonej fali, aby móc obserwowa? obraz kontrastu okre?lonych informacji strukturalnych. Typowym tego przyk?adem jest uporz?dkowana struktura. Odpowiedni wzór dyfrakcji elektronów pokazano na Fig. 2(e) jako wzór dyfrakcji elektronów dla uporz?dkowanego stopu Au, Cd. Uporz?dkowana struktura oparta jest na sze?ciennej strukturze skoncentrowanej na twarzy, w której atomy Cd s? uporz?dkowane. Rys. 2(e) wzory dyfrakcji elektronów s? s?abe, z wyj?tkiem podstawowych odbi? sieciowych indeksów (020) i (008). Uporz?dkowane odbicie sieciowe, przy u?yciu obiektywu do wyodr?bnienia podstawowego odbicia sieci, przy u?yciu fal transmisyjnych i uporz?dkowanego obrazowania odbicia sieci, tylko atomy Cd z jasnymi punktami lub ciemnymi punktami, takimi jak wysoka rozdzielczo??, jak pokazano na rys. 4.

Jak pokazano na rys. 4, pokazany obraz o wysokiej rozdzielczo?ci zmienia si? wraz z grubo?ci? próbki w pobli?u optymalnego niedoogniskowania w wysokiej rozdzielczo?ci. Dlatego, gdy otrzymujemy obraz o wysokiej rozdzielczo?ci, nie mo?emy po prostu powiedzie?, czym jest obraz o wysokiej rozdzielczo?ci. Najpierw musimy przeprowadzi? symulacj? komputerow?, aby obliczy? struktur? materia?u przy ró?nych grubo?ciach. Obraz substancji w wysokiej rozdzielczo?ci. Seria obrazów o wysokiej rozdzielczo?ci obliczonych przez komputer jest porównywana z obrazami o wysokiej rozdzielczo?ci uzyskanymi w eksperymencie w celu okre?lenia obrazów o wysokiej rozdzielczo?ci uzyskanych w eksperymencie. Obraz symulacji komputerowej przedstawiony na rys. 5 porównano z obrazem o wysokiej rozdzielczo?ci uzyskanym w eksperymencie.